KR102311256B1 - 디지털 파워 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

소형화되며 발열로 인한 에너지 손실이 최소화되도록, 본 발명은 구동체에 동력 연결되어 회전 가능하게 배치되되 일측에 영구자석부가 구비되고 타측에 전압조절코일이 구비된 전자석부가 구비된 로터부와, 상기 로터부의 회전시 유도자계가 형성되는 여자코일이 권선된 스테이터부를 포함하는 발전부; 상기 여자코일에 회로 연결되어 상기 여자코일에서 발생된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부; 상기 정류부에 회로 연결되어 상기 정류부에서 변환된 직류전압 및 전류를 측정하는 측정부; 상기 측정부에 회로 연결되어 상기 측정부에서 측정된 전압을 기설정범위와 비교하여 상기 전압조절코일에 순방향 및 역방향 중 어느 한 방향으로 전압을 선택적으로 인가하는 극성제어 컨트롤러부; 및 상기 여자코일에 회로 연결되어 최종 출력 전압이 실질적으로 균일하게 출력되도록 기설정된 리미트범위로 출력되는 전압을 통과시키는 디지털 출력제어부를 포함하는 디지털 파워 발전 시스템을 제공한다.

Description

디지털 파워 발전 시스템{digital power generation system}

본 발명은 디지털 파워 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형화되며 발열로 인한 에너지 손실이 최소화되는 디지털 파워 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는데, 가솔린과 디젤은 유해한 물질을 배출하여 대기오염을 일으킬 뿐만 아니라 가솔린 및 디젤 연료를 제조하기 위한 원유가 고갈되고 있어 이를 대체할 수 있는 대체에너지의 개발이 필요한 실정이다. 최근에는 각 산업계에서 대체에너지 개발을 서두르고 있으며 이에 대한 대안으로 전기에너지를 통해 운행되는 전기 자동차를 개발하고 있다.

이러한 전기 자동차는 전기를 사용하여 운행되는 자동차를 의미하는 것으로, 크게 순수 전기 자동차(Batttery Powered Electric Vehicle)와 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)로 구분될 수 있다.

여기서, 상기 순수 전기 자동차는, 화석 연료를 이용함 없이 전기만을 사용하여 주행하는 자동차로써 일반적으로 전기 자동차라 명칭된다. 그리고, 하이브리드 전기 자동차는 전기 및 화석 연료를 사용하여 주행하는 차량을 의미한다.

이러한 상기 전기 자동차에는 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리가 구비된다. 특히, 순수 전기 자동차 및 플러그인(Plug-in) 타입의 하이브리드 전기 자동차는, 외부의 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리를 충전하며, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 전기 모터를 구동한다.

그리고, 상기 전기 자동차와 같이 엔진이 없고 순수 배터리에 저장된 전기에너지로만 운행되는 차량은 배터리의 에너지가 방전되면 이를 충전해야만 주행이 가능하다. 하지만, 상기 전기 자동차의 보급에 비하여 전기 충전을 지원하는 충전스테이션의 설치 등 전기 자동차에 대한 인프라가 그에 턱없이 미치지 못함에 따라 충전장소가 제한되는 단점이 있다.

여기서, 운전자는 상기 전기 자동차의 주행 도중, 예기치 않은 배터리의 방전 또는 충전이 필요한 상황에서 긴급 출동한 렉카 등의 견인차량에 구비된 비상전력공급장치를 이용해 상기 전기 자동차의 배터리에 전력을 충전할 수 있다.

이러한 전력공급장치는 상기 견인차량의 엔진에 연결된 발전기의 로터가 수 만 분당회전수(RPM)로 고속 회전됨에 따라 전기 자동차에 공급 가능한 전력이 생산될 수 있다. 이때, 상기 로터가 회전됨에 따라 생산된 교류전압은 정류기를 통해 직류전압으로 바뀌어 전기 자동차에 공급되거나 보조배터리에 저장될 수 있다.

여기서, 상기 보조배터리는 니켈-카드뮴 또는 니켈-메탈하이드라이드와 같은 니켈계열의 배터리가 주로 사용되었으나, 최근 고성능 자동차 배터리에 대한 요구가 높아짐에 따라 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 배터리가 주로 사용되고 있다.

그러나, 정격전압 이상의 전력 과잉 공급, 과전류 발생, 저전압으로 인한 방전에 의해 리튬 이온 기반의 상기 보조배터리에 부하가 걸려 과열되는 경우 화재 등의 안전사고가 발생될 가능성이 높으며, 방전시 상기 보조배터리의 재사용이 어려운 문제점이 있었다.

한편, 종래의 소형 발전기의 발전 시스템은 소형발전기와, 소형 발전기를 제어하는 파워발전장치로 구성되었다. 여기서, 파워발전장치의 컨트롤부는 발전시 출력되는 RST 파형을 포토커플러를 거쳐 TR 컨트롤 위상제어 방식을 사용하여 구동하게 되었다.

그러나, 주변 회로 소자의 편차 및 전원 노이즈로 인한 TR소자 베이스 전압의 컨트롤 방식의 오차가 존재하는 문제점이 있었다. 즉, 발전기를 통한 발전시 RST상에서 일시적으로 발생되는 노이즈도 신호로 인식되므로 컨트롤의 효율성이 감소되는 문제점이 있었다.

그리고, 소형 발전기 컨트롤부의 제어방식은, AC-DC 정류 방식으로 구조가 복잡하여 소형화가 어렵고 제조단가가 높지만 종래에 일반적으로 사용되는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식과, 회로가 간단하며 대전력 정류에 크기 배수 비례하지만 발전 효율이 낮은 트랜스(TRANS) 방식, 반파정류 방식 등이 있다.

그러나, 소형 발전기의 크기 제약으로 인해 트랜스 방식 및 SMPS 방식을 사용하기 어려운 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해, 소형 발전기에 회로의 소형화가 가능하며 제조단가가 저렴한 반파정류 방식을 적용하여 발전기가 제조될 수 있다.

그러나, 반파정류 방식이 적용되는 발전기는 출력 전압이 반파정류로서 발전효율이 저하되며, 노이즈 보정을 위한 출력 전압의 제어를 위해 발생되는 발열이 소자에 심각한 손상을 초래하여 내구성이 현저히 저하되고, 발열로 인해 전력이 손실되어 에너지효율이 저하되는 문제점이 있었다.

한국 공개특허 제10-2002-0042994호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 소형화되며 발열로 인한 에너지 손실이 최소화되는 디지털 파워 발전 시스템을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 구동체에 동력 연결되어 회전 가능하게 배치되되 일측에 영구자석부가 구비되고 타측에 전압조절코일이 구비된 전자석부가 구비된 로터부와, 상기 로터부의 회전시 유도자계가 형성되는 여자코일이 권선된 스테이터부를 포함하는 발전부; 상기 여자코일에 회로 연결되어 상기 여자코일에서 발생된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부; 상기 정류부에 회로 연결되어 상기 정류부에서 변환된 직류전압 및 전류를 측정하는 측정부; 상기 측정부에 회로 연결되어 상기 측정부에서 측정된 전압을 기설정범위와 비교하여 상기 전압조절코일에 순방향 및 역방향 중 어느 한 방향으로 전압을 선택적으로 인가하는 극성제어 컨트롤러부; 상기 여자코일에 회로 연결되어 최종 출력 전압이 실질적으로 균일하게 출력되도록 기설정된 리미트범위로 출력되는 전압을 통과시키는 디지털 출력제어부; 및 상기 발전부, 상기 정류부, 상기 측정부, 상기 극성제어 컨트롤러부 및 상기 디지털 출력제어부의 제로크로싱 검출부의 고장 여부를 자동 판별하여 상기 제로크로싱 검출부에 의해 기설정된 시간동안 상기 제로크로싱 신호의 미감지시 제1고장신호를 전송하는 고장감지부를 포함하되, 상기 여자코일의 출력단에 회로 연결되어 상기 여자코일의 출력단측 전압을 측정하는 제1감지측정부와, 상기 전압조절코일에 회로 연결되어 상기 전압조절코일의 전압을 측정하는 제2감지측정부를 포함하는 감지측정부를 더 포함하며, 상기 고장감지부는 상기 여자코일의 전압 증가 및 감소에 대응하여 상기 극성제어 컨트롤부에 의한 상기 전압조절코일의 극성방향이 자동 조절되는 전압변화가 상기 감지측정부에 의해 미감지시 제2고장신호를 전송하고, 상기 측정부의 출력단에서 측정되는 최종 출력 전압의 미감지시 제3고장신호를 전송하며, 상기 극성제어 컨트롤러부에서 설정된 출력목표값과 상기 측정부에서 측정되는 전압이 상이한 경우 제4고장신호를 전송하되, 상기 제1고장신호, 상기 제2고장신호, 상기 제3고장신호 및 상기 제4고장신호는 상기 고장감지부에 의한 각 고장신호의 발생시 알림수단에 의해 상호간 상이한 알림신호로 발생되도록 설정됨을 특징으로 하는 디지털 파워 발전 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 디지털 출력제어부는 상기 여자코일에 회로 연결되며, 상기 여자코일로부터 교류 전압의 발생시 제로크로싱 신호를 실시간 검출하는 상기 제로크로싱 검출부와, 상기 제로크로싱 검출부 및 상기 정류부 사이에 회로 연결되어 상기 제로크로싱 신호의 위상차가 기설정치를 이탈시의 전압 주파수를 실시간 조절하여 노이즈를 실질적으로 차단하는 리미트설정부를 포함함이 바람직하다.

그리고, 상기 극성제어 컨트롤러부는 상기 전압조절코일에 회로 연결되며, 상기 전압조절코일에 상기 정류부에서 정류된 직류전압이 기설정범위로 유지되도록 순방향 및 역방향 중 어느 하나로 전압을 선택적으로 인가하되, 상기 측정부에서 측정된 직류전압이 기설정범위를 초과하는 경우 상기 극성제어 컨트롤러부가 상기 전압조절코일에 역방향 전류를 인가하고, 상기 측정부에서 측정된 직류전압이 기설정범위 미만인 경우 상기 극성제어 컨트롤러부가 상기 전압조절코일에 순방향 전류를 인가함이 바람직하다.

삭제

그리고, 상기 극성제어 컨트롤러부 및 상기 디지털 출력제어부에 회로 연결되며, 출력 전압 및 출력 모드의 조작을 위한 조작부에 연결되는 디지털 신호처리부와, 상기 디지털 신호처리부에 회로 연결되되 출력부에서 최종 출력되는 출력 전압을 표시하도록 구비되는 디스플레이부를 더 포함하되, 상기 디지털 신호처리부는 자동모드에서 상기 발전부의 시간당회전수와 최종 출력 전압이 비례되도록 상기 극성제어 컨트롤러부에 제1조작신호를 인가하며, 셋팅모드에서 상기 발전부의 시간당회전수에 관계없이 최종 출력 전압이 기설정값으로 유지되도록 상기 극성제어 컨트롤러부에 제2조작신호를 인가하며, 다운모드에서 상기 발전부의 시간당회전수와 최종 출력 전압이 반비례되도록 상기 극성제어 컨트롤러부에 제3조작신호를 인가함이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 회로 소자의 배치 편차 또는 전원 특성 등의 원인에 의해 자연 발생되는 노이즈가 여자코일 및 정류부 사이에 회로 연결된 디지털 출력제어부를 통해 디지털 마이컴 방식으로 실시간 검출 및 차단됨에 따라 최종 출력되는 전압의 위상이 실질적으로 균일하게 전달되므로 제품의 신뢰도가 현저히 개선될 수 있다.

둘째, 여자코일에서 교류 전압 발생시 검출되는 제로크로싱 신호의 위상차가 기설정치를 이탈시의 전압 주파수를 실시간 조절하여 노이즈가 실질 제거됨과 동시에 전자석부의 극성방향을 제어를 통해 여자코일에서 발전되는 전압 진폭 범위가 자동 조정되는 시너지 효과를 제공하여 최종 출력 전압의 품질이 개선될 수 있다.

셋째, 엔진 과속시 과부하가 발생되어 RPM 사용범위가 제한되던 종래와 달리, 구동체의 회전속도에 관계없이 발전부를 통해 발전되는 전압을 전압 가산인버터부와 전압 강하트랜스부를 통해 보정하여 최종 출력 전압을 디지털 방식으로 자유롭게 조절하여 전대역 RPM에서 사용가능하므로 범용성이 현저히 개선될 수 있다.

넷째, 전자석부의 극성방향을 제어하는 극성제어 컨트롤러부를 통해 여자코일에서 발전되는 전압 출력이 실시간 디지털 제어되므로 최종 출력되는 전압값이 실질적인 선형으로 연속적으로 출력되어 제품의 신뢰도가 개선되며 부하 발생에 따른 발열로 인한 에너지 손실이 최소화되므로 에너지효율이 현저히 개선될 수 있다.

다섯째, 고장감지부가 발전부, 정류부, 측정부, 극성제어 컨트롤러부 및 디지털 출력제어부의 고장 여부를 순차적으로 자동 판별하여 다양한 고장신호를 전송하므로 사용자가 고장발생 영역을 용이하게 확인할 수 있어 작업편의성이 현저히 개선될 수 있다.

여섯째, 디지털 출력제어부의 제어방식이 반파 방식이 아닌 AC-DC 정전압 방식으로 변경됨에 따라 발열이 감소됨과 동시에 노이즈에 의한 오작동이 최소화되며, 종래의 발전기보다 소형화되어 외부 장치에 적용시 공간활용성이 현저히 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템의 발전부를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템에서 전자석부의 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템에서 고장감지부의 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템의 제어상태를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템의 발전부를 나타낸 분해사시도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템에서 전자석부의 제어방법을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템에서 고장감지부의 제어방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템의 제어상태를 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 파워 발전 시스템(400)은 발전부(200), 정류부(51), 측정부(52), 디지털 신호처리부(61), 극성제어 컨트롤러부(62) 및 디지털 출력제어부(70)를 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)은 차량 또는 선박 엔진, 비상전력충전용 차량 등에 연결되어 전력을 생산하는 소형화된 발전장치 및 발전시스템을 포괄하는 개념으로 이해함이 바람직하다. 그리고, 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)는 하나의 마이컴으로 구비되되 상호 상이한 각 기능별로 구분된 것으로 이해함이 바람직하다.

한편, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 발전부(200)는 로터부(20)와, 스테이터부(30)를 포함함이 바람직하다. 이때, 본 발명의 일실시예에서 상기 발전부(200)가 이너로터형으로 구비되는 경우를 예로써 도시 및 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 로터부(20)는 차량 또는 선박의 엔진으로서 구비되는 구동체(10)에 동력 연결되도록 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 구동체(10)는 회전됨에 따라 상기 로터부(20)에 구동력을 제공하도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 구동체(10)는 차량 또는 선박 등에 구비되는 엔진장치로 이해함이 바람직하며, 상기 구동체(10)는 전력공급차량에 설치되는 엔진장치로 구비될 수도 있다.

여기서, 상기 구동체(10)는 상기 로터부(20)의 회전축부(21)에 동력 연결됨에 따라 상기 구동체(10)의 구동력이 상기 회전축부(21)의 회전력으로 전환될 수 있다.

또한, 상기 로터부(20)는 영구자석부(23) 및 전자석부(25)를 포함함이 바람직하다. 상세히, 상기 영구자석부(23)가 상기 로터부(20)의 일측에 배치되기 위해 구비되는 요크몸체부는 상기 회전축부(21)의 외주 일측을 감싸는 중공형으로 구비되되 상기 회전축부(21)의 회전시 일체로 회전되도록 구비될 수 있다.

그리고, 상기 요크몸체부의 외주에는 상기 영구자석부(23)와, 상기 영구자석부(23)를 상기 요크몸체부에 고정시키기 위해 구비되는 테이퍼고정부가 교번 배치될 수 있다.

한편, 상기 전자석부(25)는 상기 로터부(20)의 타측을 감싸며 배치되되 상기 회전축부(21)의 회전시 일체로 회전되며 반경방향 내측에 전압조절코일(26)이 회로 연결됨이 바람직하다. 여기서, 상기 요크몸체부는 상기 회전축부(21)의 일측을 감싸며 배치되고, 상기 전자석부(25)는 상기 회전축부(21)의 외주 타측을 감싸며 배치될 수 있다. 즉, 상기 요크몸체부 및 상기 전자석부(25)는 탠덤형으로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 전압조절코일(26)은 선택적으로 전류 흐름을 순방향 및 역방향 중 어느 하나로 변환하는 극성제어 컨트롤러부(62)에 회로 연결됨이 바람직하다.

이때, 상기 회전축부(21)가 회전되면 상기 요크몸체부, 상기 영구자석부(23), 상기 테이퍼고정부, 상기 전자석부(25)가 동시에 연동되어 회전될 수 있다. 이를 통해, 상기 구동체(10)의 회전시 상기 로터부(20)가 동시에 회전되면 상기 스테이터부(30)의 코어부(30a)에 권선된 상기 여자코일(31)에 유도자계가 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 구동체(10)에 연결된 상기 회전축부(21)가 회전됨에 따라 상기 영구자석부(23)가 반경방향 외주에 배치된 상기 요크몸체부와 상기 전자석부가(25)가 동시에 회전될 수 있다. 이를 통해, 상기 스테이터부(30)에 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25)에 의해 발생되는 각각의 자계가 상호간 간섭받지 않으며 발생되고, 상기 전자석부(25)에 의해 선택적으로 상기 정류부(51) 측으로 출력되는 교류전압의 세기가 조절될 수 있다.

즉, 순방향 및 역방향 중 어느 한방향의 전류가 상기 전압조절코일(26)에 인가되어 상기 전자석부(25)의 극성방향이 선택적으로 조절됨에 따라 상기 스테이터부(30)의 여자코일(31)에 발생되는 유도전력의 세기가 자동 조절될 수 있다.

따라서, 상기 영구자석부(23)가 상기 구동체(10)에 연동되어 상기 구동체(10)의 회전속도에 대응되어 회전됨에 따라 상기 스테이터부(30)에서 교류전압이 발생될 수 있다. 이때, 상기 영구자석부(23)에 의해 발생된 교류전압이 상기 구동체(10)의 회전속도와 관계없이 기설정범위로 유지되도록 상기 전자석부(25)의 극성방향이 자동 조절되어 상기 스테이터부(30)에 발생되는 교류전압의 세기가 조절될 수 있다.

그리고, 상기 스테이터부(30)의 코어부(30a)는 중공형으로 구비되어 상기 로터부(20)의 반경방향 외측에 배치됨이 바람직하다. 여기서, 상기 코어부(30a)는 상기 로터부(20)의 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25) 외주를 감싸며 배치되되, 상기 로터부(20)와 상호간 기설정된 이격거리를 두고 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 코어부(30a)는 상기 영구자석부(23) 및 상기 테이퍼고정부 및 상기 전자석부(25)의 외주를 감싸며 배치됨이 바람직하다. 여기서, 상기 코어부(30a)의 축방향 길이는 상기 영구자석부(23) 및 상기 테이퍼고정부 및 상기 전자석부(25)를 포함하는 상기 로터부(20)의 축방향 길이에 대응되어 형성됨이 바람직하다. 그리고, 상기 코어부(30a)의 내경은 상기 로터부(20)의 외경을 초과하도록 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 코어부(30a)는 제1보빈 및 제2보빈을 포함하는 중공형의 보빈과, 상기 제1보빈 및 상기 제2보빈 사이에 구비되는 중공형의 구획부를 포함함이 바람직하다. 상세히, 상기 제1보빈은 상기 코어부(30a)의 축방향 일측에 상기 영구자석부(23)과 대향되는 상기 여자코일(31)이 권선되도록 복수개의 규소 강판으로 적층되어 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 제1보빈은 상기 구획부를 기준으로 상기 코어부(30a)의 축방향 일측에 구비됨이 바람직하다. 또한, 상기 제1보빈은 상기 영구자석부(23) 및 상기 테이퍼고정부의 반경방향 외측에 배치되되 상기 영구자석부(23)와 상호간 이격되어 배치됨이 바람직하다. 즉, 상기 구획부를 기준으로 상기 코어부(30a) 축방향 일측의 반경방향 내측에는 상기 요크몸체부, 상기 영구자석부(23), 및 상기 테이퍼고정부가 배치될 수 있다.

그리고, 상기 제2보빈은 상기 코어부(30a)의 축방향 타측에 상기 전자석부(25)와 대향되는 상기 여자코일(31)이 권선되도록 복수개의 규소 강판으로 적층되어 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 제2보빈은 상기 구획부를 기준으로 상기 코어부(30a)의 축방향 타측에 구비됨이 바람직하다. 또한, 상기 제2보빈은 상기 전자석부(25)의 반경방향 외측에 배치되되 상기 전자석부(25)와 상호간 이격되어 배치됨이 바람직하다. 즉, 상기 구획부를 기준으로 상기 코어부(30a) 축방향 타측의 반경방향 내측에는 상기 전자석부(25)가 배치될 수 있다.

또한, 상기 구획부는 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25)에 의해 발생되는 상기 여자코일(31)의 유도자계가 각각 구획되도록 상기 제1보빈 및 상기 제2보빈 사이에 연결됨이 바람직하다. 이때, 유도자계는 상기 로터부(20)가 회전됨에 따라 상기 스테이터부(30) 간에 발생되는 회전자계로 이해함이 바람직하다.

상세히, 상기 구획부는 상기 코어부(30a)의 축방향 중앙부에 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25)에 의해 발생되는 상기 여자코일(31)의 유도자계가 각각 구획되도록 비자성체 재질로 구비됨이 바람직하다. 이때, 비자성체 재질이라 함은 자성을 갖지 않는 재질을 의미한다. 여기서, 상기 구획부는 복수개의 스테인레스 스틸(SUS) 강판이 적층되어 형성됨이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 여자코일(31)은 상기 로터부(20)가 회전됨에 따라 유도자계가 형성되도록 상기 보빈의 슬롯에 권선됨이 바람직하다. 여기서, 상기 여자코일(31)은 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25)의 외주 각각을 감싸며 유도자계가 형성되도록 상기 보빈의 슬롯에 구획 권선됨이 바람직하다. 이때, 상기 여자코일(31)은 3상 코일로 권선됨이 가장 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 보빈의 슬롯은 상기 보빈의 내주에 원주방향을 따라 반경방향 외측으로 함몰 형성됨이 바람직하다. 이때, 상기 구획부의 내주에는 원주방향을 따라 상기 보빈의 슬롯과 대응되는 연장슬롯이 함몰 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 여자코일(31)은 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25)에 의해 발생되는 유도자계가 각각 구획되도록 상기 구획부를 기준으로 구획되어 상기 제1보빈 및 상기 제2보빈에 각각 구획 권선됨이 바람직하다. 즉, 상기 여자코일(31)은 상기 구획부를 기준으로 구획되어 상기 코어부(30a)의 축방향 일측 및 타측에 권선될 수 있다.

이때, 상기 여자코일(31)이 상호간 일체로 연결되되 비자성체 재질의 상기 구획부를 기준으로 상기 제1보빈에 권선된 여자코일(31)과 상기 제2보빈에 권선된 상기 여자코일(31)이 상호간 구획됨으로 이해함이 바람직하다. 이에 따라, 상기 영구자석부(23) 및 상기 여자코일(31) 간에 발생되는 유도자계와, 상기 전자석부(25) 및 상기 여자코일(31) 간에 발생되는 유도자계가 독립적으로 발생될 수 있다.

또한, 상기 로터부(20)가 상기 구동체(10)에 연동되어 상기 구동체(10)의 회전속도에 대응되어 회전됨에 따라 상기 스테이터부(30)의 여자코일(31)에서 교류전압이 발생됨으로 이해함이 바람직하다. 이와 동시에, 상기 영구자석부(23)에 의해 발생된 교류전압이 상기 구동체(10)의 회전속도와 관계없이 기설정범위로 유지되도록 상기 전자석부(25)의 극성방향이 자동 조절되어 상기 스테이터부(30)에 발생되는 교류전압이 조절됨으로 이해함이 바람직하다.

따라서, 상기 영구자석부(23)과 대향되는 상기 제1보빈과 상기 전자석부(25)와 대향되는 상기 제2보빈에 상기 여자코일(31)이 각각 구획 권선되되 상기 제1보빈 및 상기 제2보빈 사이에 구비되는 비자성체 재질의 구획부에 의해 각 상기 여자코일(31)이 구획될 수 있다. 이를 통해, 각 상기 여자코일(31)에서 발생되는 유도자계 간의 간섭 및 누설이 최소화됨에 따라 최종 출력되는 교류전압이 오차없이 정밀 제어될 수 있다. 또한, 상기 영구자석부(23) 및 상기 여자코일(31)에 의한 유도자계와 상기 전자석부(25) 및 상기 여자코일(31)에 의한 유도자계가 각각 상호 구획되어 발생되므로 최종 출력되는 교류전압의 출력이 증가되며 출력감도가 개선될 수 있다.

한편, 상기 구획부, 상기 제1보빈, 그리고 상기 제2보빈은 상호 연속적으로 적층됨이 바람직하다. 이때, 상기 구획부, 상기 제1보빈, 그리고 상기 제2보빈의 내면 및 외면 프로파일은 실질적으로 연속적인 프로파일로 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 구획부는 상기 코어부(30a)의 축방향 중앙부에 배치되되 비자성체 재질로 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 구획부는 복수개의 스테인레스 스틸 강판이 적층되어 형성됨이 가장 바람직하다. 상세히, 복수개의 스틸 강판으로 형성되는 상기 구획부의 직경은 규소 강판으로 적층되어 형성되는 상기 보빈의 직경에 실질적으로 대응되어 형성됨이 바람직하다. 여기서, 상기 구획부가 상기 제1보빈 및 상기 제2보빈 사이의 경계면 외곽을 감싸도록 배치되어 용접을 통해 연결되는 것이 아니라, 복수개의 스테인레스 스틸 강판으로 적층 형성되어 상기 보빈에 연결될 수 있다.

이를 통해, 복수개의 규소 강판으로 적층 형성되는 상기 제1보빈 및 상기 제2보빈 사이에 스테인레스 스틸 강판으로 구비되는 상기 구획부가 상호 연속적인 내면 및 외면 프로파일을 형성하며 적층될 수 있다. 따라서, 상기 여자코일(31)과 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25) 간에 의해 발생되는 유도자계의 간섭 및 누설이 최소화되어 제품의 정밀성이 개선될 수 있다.

그리고, 상기 제1커버부(30b) 및 상기 제2커버부(30c)는 상기 코어부(30a)의 축방향 양측에 각각 배치되어 상호간 결합됨이 바람직하다. 상세히, 상기 제1커버부(30b)는 상기 전자석부(25)에 인접한 상기 코어부(30a)의 단부측에 배치되되, 일측이 개구된 원주 형상으로 구비되며 상기 코어부(30a)의 외경과 대응되는 외경으로 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기 제2커버부(30c)는 상기 요크몸체부에 인접한 상기 코어부(30a)의 단부측에 배치되되, 일측이 개구된 원주 형상으로 구비되며 상기 코어부(30a)의 외경과 대응되는 외경으로 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 제2커버부(30c)는 중공형으로 구비되되, 내경이 상기 회전축부(21)의 일단부 외경보다 미세하게 크게 형성될 수 있다. 이때, 경우에 따라 상기 제2커버부(30c)의 내주 및 상기 회전축부(21)의 일단부 사이에 베어링 등의 장치가 더 구비될 수도 있다.

이에 따라, 상기 코어부(30a), 상기 제1커버부(30b), 상기 제2커버부(30c)를 포함하는 상기 스테이터부(30) 내부에 상기 구동체(10)에 연동된 상기 로터부(20)가 배치되어 회전될 수 있다.

한편, 상기 정류부(51)는 일측이 상기 여자코일(31)과 회로 연결되어 상기 여자코일(31)에서 발생된 교류전압을 직류전압으로 변환시키도록 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 정류부(51)는 정류기 회로 또는 마이크로프로세서 등으로 구비될 수 있으며, 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 구조라면 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 여자코일(31)과 상기 정류부(51)의 사이에 상기 디지털 출력제어부(70)가 배치됨으로 이해함이 바람직하다.

예컨대, 상기 정류부(51)는 두 개의 다이오드가 직렬 연결된 회로가 세 쌍으로 구비되되 상호간 병렬 연결되며, 다이오드의 출력단측이 플러스전압단자로 구비되고 다이오드의 입력단측이 마이너스전압단자로 구비될 수 있다. 또한, 3상 코일로 구비되어 상기 코어부(30a)에 3개소로 권선된 상기 여자코일(31)이 직렬 연결된 각 상기 다이오드의 사이로 각각 회로 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 영구자석부(23) 및 상기 전자석부(25)가 회전됨에 따라 상기 여자코일(31)에 발생된 교류전압이 상기 정류부(51)에서 직류 전압으로 변환되어 출력될 수 있다.

이때, 상기 정류부(51)에는 상기 여자코일(31)에서 출력된 전압에 더하여 전원부(63)를 통한 전압 가산을 하도록 하는 전압 가산인버터를 위한 회로 또는 마이크로프로세서로서 구비되는 전압 가산인버터부가 더 구비될 수 있으며, 경우에 따라 상기 여자코일(31)의 출력단에 상기 전원부(63)를 통한 전압 강하트랜스를 위한 회로 또는 마이크로프로세서로서 구비되는 전압 강하트랜스부가 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 측정부(52)는 상기 정류부(51)에서 변환된 직류전압 및 전류를 측정하도록 상기 정류부(51)의 출력단에 연결되어 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 측정부(52)는 전압측정부와, 전류측정부를 포함함이 바람직하다.

여기서, 상기 전압측정부는 상기 정류부(51)의 플러스전압단자에 병렬 연결되어 구비될 수 있으며, 상기 전류측정부는 상기 정류부(51)의 플러스전압단자 및 마이너스전압단자에 직렬 연결되어 구비될 수 있다. 이때, 상기 측정부(52)는 상기 극성제어 컨트롤러부(62)측으로 직류전압 및 전류 세기 신호를 송출하도록 상기 디지털 신호처리부(61)와 회로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)는 상기 측정부(52)로부터 측정된 직류전압 세기에 대응하여 상기 전자석부(25)의 극성방향을 선택적으로 전환하도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 측정부(52)의 출력단측에 회로 연결되는 출력부(n)는 상기 여자코일(31)로부터 출력되는 전기에너지를 전기 자동차 등의 충전대상체에 공급하기 위해 구비될 수 있다. 그리고, 상기 출력부(n)는 상기 정류부(51)에서 정류된 직류전압을 상기 충전대상체에 공급하도록 회로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 출력부(n)가 상기 충전대상체에 연결됨에 따라 상기 발전부(200)에 의해 생산된 전력을 공급할 수 있다.

한편, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)는 상기 측정부(52)에서 발전된 전압을 기설정범위와 비교하여 선택적으로 상기 전압조절코일(26)에 순방향 및 역방향 중 어느 한 방향으로 전류를 인가하도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)를 통해 상기 전압조절코일(26)의 극성방향 및 전압크기가 조절될 수 있다.

여기서, 상기 전압조절코일(26)은 상기 정류부(51)에서 정류된 직류전압이 기설정범위로 유지되도록 선택적으로 전류 흐름을 순방향 및 역방향 중 어느 하나로 변환하는 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 회로 연결됨이 바람직하다.

또한, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)는 별도로 구비된 직류공급부에 상기 디지털 신호처리부(61)를 경유하여 또는 직접적으로 회로 연결될 수 있으며, 상기 직류공급부로부터 공급된 전류 방향이 선택적으로 제어되도록 상기 디지털 신호처리부(61)에 신호 연결됨이 바람직하다. 여기서, 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)는 하나의 마이컴으로 구비되되 상호 상이한 각 기능별로 구분된 것으로 이해함이 바람직하다.

물론, 경우에 따라 상기 극성제어 컨트롤러부는 동일한 반도체 스위칭소자를 4개 이용하여 구성한 브릿지회로로 구비될 수도 있다. 여기서, 상기 극성제어 컨트롤러부는 동일한 반도체 스위칭소자인 제1스위칭소자, 제2스위칭소자, 제3스위칭소자, 제4스위칭소자를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1스위칭소자, 상기 제2스위칭소자, 상기 제3스위칭소자, 상기 제4스위칭소자의 각 일측 노드에는 다이오드의 출력단과, 트랜지스터소자의 입력단이 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1스위칭소자, 상기 제2스위칭소자, 상기 제3스위칭소자, 상기 제4스위칭소자의 각 타측 노드에는 상기 다이오드의 입력단과, 상기 트랜지스터소자의 출력단이 연결될 수 있다. 이때, 각 상기 트랜지스터소자는 상기 극성제어 컨트롤러부에 각각 신호 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제1스위칭소자 및 상기 제2스위칭소자의 일측 노드는 병렬 연결되어 상기 직류공급부의 플러스단에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제3스위칭소자 및 상기 제4스위칭소자의 타측 노드는 병렬 연결되어 상기 직류공급부의 플러스단에 연결될 수 있다.

더욱이, 상기 제1스위칭소자의 타측 노드 및 상기 제3스위칭소자의 일측 노드는 상호간 연결되되 카본브러쉬 중 어느 하나에 병렬로 연결됨에 따라 상기 전압조절코일(26)의 일단에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2스위칭소자의 타측 노드 및 상기 제4스위칭소자의 일측 노드는 상호간 연결되되 상기 카본브러쉬 중 다른 하나에 병렬로 연결됨에 따라 상기 전압조절코일(26)의 타단에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 전압조절코일(26)의 일단에서 타단으로의 전류 흐름이 순방향으로 형성되고, 상기 전압조절코일(26)의 타단에서 일단으로의 전류 흐름이 역방향으로 형성됨으로 이해함이 바람직하다. 이때, 순방향 및 역방향은 전류의 방향을 특정하기 위해 서술되는 것으로 이해함이 바람직하며 방향이 상호간 전환되는 경우도 본 발명의 권리범위에 포함됨으로 이해함이 바람직하다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 여자코일(31)에서 발생된 교류전압이 상기 정류부(51)에서 직류전압으로 변환됨이 바람직하다(s10). 또한, 상기 측정부(52)에서 측정된 직류전압이 기설정범위를 초과하는지 비교 판단함이 바람직하다(s11).

여기서, 상기 측정부(52)에서 측정된 직류전압이 기설정범위를 초과하는 경우 상기 극성제어 컨트롤러부(62)가 상기 전압조절코일(26)에 역방향 전류를 인가함이 바람직하다(s12). 예컨대, 상기 측정부(52)에서 측정된 직류전압이 기설정치인 200V를 초과하면 상기 전압조절코일(26)을 통과하는 전류 흐름이 역방향으로 자동 제어됨에 따라 직류전압이 200V에 근접하게 복귀될 수 있다.

이에 따라, 상기 영구자석부(23) 및 상기 여자코일(31)간에 발생되는 전압 및 전류 방향과 상기 전자석부(25) 및 상기 여자코일(31)간에 발생되는 전압 및 전류 방향이 상호간 반대방향으로 형성되어 유도전력이 감쇄될 수 있다.

또한, 상기 측정부(52)에서 측정된 직류전압이 기설정범위 미만인 경우 상기 제어부가(61) 상기 전압조절코일(26)에 순방향 전류를 인가함이 바람직하다(s13). 예컨대, 상기 측정부(52)에서 측정된 직류전압이 기설정치인 200V 미만이면 상기 전압조절코일(26)을 통과하는 전류 흐름이 순방향으로 자동 제어됨에 따라 직류전압이 200V에 근접하게 복귀될 수 있다.

이에 따라, 상기 영구자석부(23) 및 상기 여자코일(31)간에 발생되는 전압 및 전류 방향과 상기 전자석부(25) 및 상기 여자코일(31)간에 발생되는 전압 및 전류 방향이 상호간 동일방향으로 형성되어 유도전력이 보강될 수 있다.

따라서, 상기 전자석부(25)의 극성방향이 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 의해 자동 제어되어 상기 스테이터부(30)의 여자코일(31)에서 발전되는 교류전압이 상기 로터부(20)에 동력 연결된 상기 구동체(10)의 회전속도와 관계없이 기설정범위로 일정하게 유지되므로 상기 발전부(200)의 과부하가 방지되어 내구성 및 안전성이 현저히 개선될 수 있다. 이때, 상기 스테이터부(30)의 여자코일(31)에서 발생되는 교류전압이 과소 또는 과대한 값으로 출력되는 경우 상기 극성제어 컨트롤러부(62)가 이를 실시간으로 보강하여 교류전압이 기설정범위로 일정하게 유지될 수 있다.

특히, 상기 전자석부(25)의 극성방향을 제어하는 상기 극성제어 컨트롤러부(62)를 통해 상기 여자코일(31)에서 발전되는 전압 출력이 1μs 시간단위로 실시간 디지털 제어된다. 따라서, 최종적으로 출력되는 전압값이 실질적인 선형으로 연속적으로 출력되어 제품의 신뢰도가 개선되며 소자의 부하 발생에 따른 발열로 인한 에너지 손실이 최소화되므로 에너지효율이 현저히 개선될 수 있다.

즉, 종래의 아날로그 방식의 발전기 특성상 최종적으로 출력되는 전압값이 기설정치를 기준으로 미세하게 증감되지만, 디지털 제어가 적용된 본 발명에서 전압값 최대치/최저치간의 차이가 실질적으로 백만분의 일초 단위로 차이가 신속하게 0에 수렴되도록 실시간 조절되어 최소화되므로 출력 전압에 대한 신뢰도가 개선되며 이에 따른 제품의 품질이 현저히 개선될 수 있다. 이와 동시에, 상기 발전부(200)가 종래의 발전기보다 소형화되어 외부 장치에 적용시 공간활용성이 현저히 개선될 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 상기 디지털 출력제어부(70)는 상기 여자코일(31)에 회로 연결되어 최종 출력 전압이 실질적으로 균일하게 출력되도록 기설정된 리미트범위로 출력되는 전압만을 통과시키도록 구비됨이 바람직하다. 이때, 기설정된 리미트범위라 함은 상기 여자코일(31)에서 발전된 전력을 충전대상체에 공급시 상기 충전대상체가 안정적으로 구동되기 위한 기설정된 전압 주파수 범위를 의미하며, 상기 리미트범위로부터 이탈되는 전압 주파수는 노이즈로 정의됨으로 이해함이 바람직하다. 예컨대, 상기 노이즈는 상기 여자코일(31)로부터 평균적으로 출력되는 전압 주파수와 비교시 그 전압 주파수값이 현저히 저하되어 출력되는 상태로 이해할 수 있다.

여기서, 상기 디지털 출력제어부(70)는 상기 여자코일(31) 및 상기 정류부(51) 사이에 회로 연결되며, 상기 여자코일로(31)부터 교류 전압의 발생시 제로크로싱 신호를 실시간 검출하는 제로크로싱 검출부(71)를 포함함이 바람직하다.

이때, 상기 제로크로싱 검출부(71)는 상기 여자코일(31)에 교류 전원이 발전됨에 따라 주파수 단위로 발생되는 제로크로싱 신호를 실시간 모니터링하도록 구비되는 마이크로프로세서로서 구비됨이 가장 바람직하며, 또는 그에 대한 회로로서 구비될 수도 있다. 즉, 상기 제로크로싱 검출부(71)는 상기 여자코일(31)로부터 상기 제로크로싱 검출부(71)에 입력되는 입력 파형을 실시간으로 분석하도록 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제로크로싱 신호는 교류 전원이 인가됨에 따라 발생되는 신호로 교류 전압이 양에서 음, 음에서 양으로 전환시 0V가 되는 지점에서 감지될 수 있으며, 교류 전원의 주파수에 대응되는 주기로 발생될 수 있다. 또는, 상기 제로크로싱 신호는 교류 전압의 진폭 최대 및 최저치 간의 위상 타이밍을 마이컴 방식 연산하여 감지될 수도 있다.

그리고, 상기 디지털 출력제어부(70)는 상기 제로크로싱 검출부(71) 및 상기 정류부(51) 사이에 회로 연결되어 상기 제로크로싱 신호의 위상차가 기설정치를 이탈시의 전압 주파수를 실시간 조절하여 노이즈를 실질적으로 차단하는 리미트설정부(72)를 포함함이 바람직하다. 여기서, 상기 리미트설정부(72)는 상기 리미트범위로부터 이탈되어 발생되는 노이즈를 마이컴 방식으로 타이밍 연산 제어하여 실시간 제거하도록 구비되는 마이크로프로세서로서 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 리미트설정부(72)는 상기 제로크로싱 검출부(71)에서 검출되는 상기 제로크로싱 신호의 주파수(위상차)가 기설정된 리미트범위로부터 이탈되는 경우 이를 노이즈로 판단하여 상기 여자코일(31)에서 상기 정류부(51)로 전달되는 노이즈를 실시간 차단 및 제거함이 바람직하다.

또한, 상기 리미트설정부(72)는 상기 여자코일(31)로부터 입력된 리미트범위로부터 이탈되는 출력 주파수를 마이컴 디지털 방식으로 보강 또는 상쇄시켜 상기 정류부(51)측으로 전달할 수 있다. 이때, 상기 디지털출력제어부(70)는 전원부(63)에 전원 연결되어 상기 여자코일(31)의 출력 주파수를 보강 또는 상쇄시킬 수 있다.

따라서, 상기 발전부(200)에서 전자기유도를 통한 교류 전압의 발전시 회로 소자의 배치 편차 또는 전원 특성 등의 원인에 의해 자연 발생되는 노이즈가 상기 여자코일(31) 및 상기 정류부(51) 사이에 회로 연결된 상기 디지털 출력제어부(70)를 통해 디지털 마이컴 방식으로 실시간 검출 및 차단된다. 이에 따라, 최종 출력되는 전압의 위상이 실질적으로 균일하게 전달되므로 제품의 신뢰도가 현저히 개선될 수 있다.

한편, 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)은 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)에 회로 연결되며, 최종 출력 전압 및 출력 모드의 조작을 위한 조작부(65)에 통신 연결되는 상기 디지털 신호처리부(61)를 더 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)는 하나의 마이컴으로 구비되되 상호 상이한 각 기능별로 구분된 것으로 이해함이 바람직하다.

더욱이, 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)는 전원 공급을 위해 구비되는 상기 전원부(63)에 회로 연결됨이 바람직하다. 이때, 상기 전원부(63)는 배터리 등으로 구비될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 디지털 파워 발전시스템(400)이 하이브리드 자동차에 적용되는 경우 상기 구동체(10)가 차량의 엔진으로서 구비되며, 상기 전원부(63)는 차량 내부에 구비된 전원장치로서 구비될 수 있다.

즉, 상기 발전부(200)에서 발전되는 전력과는 별개로 구비된 상기 전원부(63)의 전원 공급을 통해 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)가 구동되어 상기 발전부(200)에서 발전되는 출력 전압의 크기를 보정하며, 자연 발생되는 노이즈를 제거한 최종 출력 전압을 상기 출력부(n)를 통해 공급할 수 있다.

또한, 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)은 상기 디지털 신호처리부(61)에 회로 연결되되 상기 측정부(52)의 출력단에 회로 연결된 상기 출력부(n)에서 최종 출력되는 출력 전압을 표시하도록 구비되는 디스플레이부(64)를 더 포함함이 바람직하다. 이를 통해, 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)의 동작상태를 상기 디스플레이부(64)를 통해 시작적으로 용이하게 확인 가능하므로 사용편의성이 개선될 수 있다.

그리고, 상기 조작부(65)는 사용자에 의해 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)의 상기 출력부(n)에서 최종 출력되는 출력 전압 특성을 조절하도록 구비될 수 있으며, 상기 조작부(65)를 통한 조작상태가 상기 디스플레이부(64)에 연동되어 표시되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 조작부(65)는 VCU(Vehicle Control Unit), ECU(Electronic Control Unit), OBC(On Board Charger) 등의 외부 컨트롤러로서 구비될 수 있으며, 상기 디지털 신호처리부(61)와 양방향 프로토콜 연결될 수 있다.

한편, 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)은 상기 발전부(200), 상기 정류부(51), 상기 측정부(52), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)의 제로크로싱 검출부(71)의 고장 여부를 자동 판별하는 고장감지부(61a)를 더 포함함이 바람직하다. 이때, 상기 고장감지부(61a)는 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)와 일체로 하나의 마이컴으로서 구비됨이 바람직하다.

상세히, 도 4를 참조하면, 상기 고장감지부(61a)는 상기 발전부(200)가 동작되어 상기 여자코일(31)에 전력이 발전되는 상태에서, 상기 제로크로싱 검출부(71)에 의해 상기 제로크로싱 신호가 기설정된 시간동안 감지되는지 여부를 판단한다(s20).

여기서, 상기 고장감지부(61a)는 상기 제로크로싱 검출부(71)에 의해 기설정된 시간동안 상기 제로크로싱 신호의 미감지시 상기 디지털 신호처리부(61)에 제1고장신호를 전송한다(s21). 이때, 상기 제1고장신호는 상기 디지털 신호처리부(61)를 통해 상기 디스플레이부(64)로 전송될 수 있으며, 별도로 구비되는 알림수단으로 전송될 수도 있다. 그리고, 사용자는 제1고장신호를 확인 후 상기 여자코일(31)의 결선여부, 상기 발전부(200)의 고장여부 등에 대한 점검을 수행할 수 있다.

이어서, 상기 고장감지부(61a)는 상기 극성제어 컨트롤부(62)가 상기 전압조절코일(26)을 정상적으로 제어하는지 여부를 판단한다(s22). 즉, 상기 고장감지부(61a)는 상기 여자코일(31)에서 발전되는 전압에 대응하여 최종 출력 전압이 기설정범위로 유지되도록 상기 극성제어 컨트롤부(62)가 상기 전압조절코일(26)의 극성방향을 제어하는지 여부를 판단한다.

여기서, 상기 디지털 파워 발전 시스템(400)은 상기 여자코일(31)의 출력단에 회로 연결되어 상기 여자코일(31)의 출력단측 전압을 측정하는 제1감지측정부와, 상기 전압조절코일(26)에 회로 연결되어 상기 전압조절코일(26)의 전압을 측정하는 제2감지측정부를 포함하는 감지측정부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 고장감지부(61a)는 상기 여자코일(31) 및 상기 전압조절코일(26)에 각각 회로 연결된 상기 감지측정부에 의한 전압변화의 미감지시 상기 디지털 신호처리부(61)에 제2고장신호를 전송한다(s23). 이때, 전압변화라 함은 최종 출력 전압이 기설정범위로 유지되도록 상기 여자코일(31)의 전압 증가 및 감소시 이에 대응하여 상기 전압조절코일(26)의 극성방향이 자동 조절되는 것을 의미한다. 예컨대, 상기 여자코일(31)의 전압이 증가하였음에도 불구하고 상기 전압조절코일(26)의 극성방향이 조절되지 않는 경우 제2고장신호를 전송할 수 있다.

그리고, 사용자는 제2고장신호를 확인 후 상기 극성제어 컨트롤러부(62)의 고장여부, 상기 전압조절코일(26)의 결선여부, 상기 여자코일(31)의 결선여부, 상기 발전부(200)의 고장여부 등에 대한 점검을 수행할 수 있다.

이어서, 상기 고장감지부(61a)는 상기 측정부(52)의 출력단, 즉 상기 출력부(n)에서 측정되는 최종 출력 전압의 감지여부를 판별한다(s24). 여기서, 상기 고장감지부(61a)는 상기 측정부(52)의 출력단, 즉 상기 출력부(n)에서 측정되는 최종 출력 전압의 미감지시 상기 디지털 신호처리부(61)에 제3고장신호를 전송한다(s25). 그리고, 사용자는 제3고장신호를 확인 후 상기 출력부(n)의 결선여부, 상기 여자코일(31) 및 상기 발전부(200) 내부의 각 소자의 고장여부 등에 대한 점검을 수행할 수 있다.

그리고, 상기 고장감지부(61a)는 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에서 설정된 출력목표값과 상기 측정부(52)에서 측정되는 전압이 상호 일치하는지 여부를 판단한다(s26). 이때, 상기 고장감지부(61a)는 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에서 설정된 출력목표값과 상기 측정부(52)의 출력단에서 측정되는 전압이 상이한 경우 상기 디지털 신호처리부(61)에 제4고장신호를 전송한다(s27). 그리고, 사용자는 제4고장신호를 확인 후 상기 극성제어 컨트롤러부(62)의 고장여부, 상기 여자코일(31) 및 상기 전압조절코일(26)의 결선여부 등에 대한 점검을 수행할 수 있다.

더욱이, 상기 디지털 신호처리부(61)에는 상기 고장감지부(61a)에 의한 각 고장신호의 발생시 알림신호를 발생시키는 알림수단이 더 구비될 수도 있다. 이때, 상기 알림수단은 상기 디스플레이부(64)로서 구비될 수 있으며, 스피커 등으로도 구비될 수도 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 알림수단은 제1고장신호, 제2고장신호, 제3고장신호 및 제4고장신호 마다 상이한 방식으로 알림수단을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 상기 알림수단은 각 고장신호 마다 상이한 색상, 또는 상이한 횟수 및 간격의 신호음을 발생시킬 수 있다.

따라서, 상기 고장감지부(61a)가 상기 발전부(200), 상기 정류부(51), 상기 측정부(52), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)의 고장 여부를 순차적으로 자동 판별하여 다양한 고장신호를 전송하므로 사용자가 고장발생 영역을 용이하게 확인할 수 있어 작업편의성이 현저히 개선될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 상기 조작부(65)를 통해 자동모드, 셋팅모드, 다운모드 및 터보모드가 사용자에 의해 선택적으로 입력 및 절환될 수 있다.

여기서, 상기 디지털 신호처리부(61)는 자동모드에서 상기 발전부(200)의 시간당회전수(RPM)와 상기 출력부(n)에서의 최종 출력 전압이 비례되도록 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 제1조작신호를 인가할 수 있다. 이때, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 상기 제1조작신호가 인가되면, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)는 상기 여자코일(31)에서 발전되는 전압 출력이 비례 조절되도록 상기 전압조절코일(26)을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 디지털 신호처리부(61)는 셋팅모드에서 상기 발전부(200)의 시간당회전수에 관계없이 상기 출력부(n)에서의 최종 출력 전압이 기설정값으로 유지되도록 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 제2조작신호를 인가할 수 있다. 여기서, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 상기 제2조작신호가 인가되면, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)는 상기 여자코일(31)에서 발전되는 전압 출력이 기설정값으로 유지되도록 상기 전압조절코일(26)을 제어할 수 있다.

또한, 상기 디지털 신호처리부(61)는 다운모드에서 상기 발전부(200)의 시간당회전수와 상기 출력부(n)에서의 최종 출력 전압이 반비례되도록 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 제3조작신호를 인가할 수 있다. 이때, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 상기 제3조작신호가 인가되면, 상기 극성제어 컨트롤러부(62)는 상기 여자코일(31)에서 발전되는 전압 출력이 반비례 조절되도록 상기 전압조절코일(26)을 제어할 수 있다.

더욱이, 상기 디지털 신호처리부(61)는 터보모드에서 상기 발전부(200)의 시간당회전수(RPM)와 상기 출력부(n)에서의 최종 출력 전압이 비례되되 상기 제1조작신호의 인가시의 최종 출력 전압보다 증가되도록 상기 극성제어 컨트롤러부(62)에 제4조작신호를 인가할 수 있다.

따라서, 사용자의 조작에 대응되어 자동모드, 셋팅모드, 다운모드 및 터보모드가 입력 및 절환되면 상기 출력부(n)에서의 최종 출력 전압을 상기 발전부(200)의 시간당회전수(RPM)에 대응되어 선택적으로 자유롭게 조절 가능하므로 사용편의성이 개선될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 디지털 파워 발전 시스템(400)은 RST 아날로그 위상제어 입력을 사용하던 종래와 달리 디지털화된 입력 위상제어 컨트롤이 가능하도록 구비됨으로써 에너지효율이 증대되며 소자가 간소화에 따른 비용 절감을 통해 경제성이 현저히 개선될 수 있다. 더욱이, 사용 가능한 소자의 종류가 다양화되어 부품 수급 양산성이 개선될 수 있다.

또한, 상기 발전부(200)를 통한 발전 기능과 더불어 하나의 마이컴으로서 구비된 상기 디지털 신호처리부(61), 상기 극성제어 컨트롤러부(62) 및 상기 디지털 출력제어부(70)를 통해 상기 발전부(200)의 발전 전압을 디지털 방식으로 조절 가능하므로 사용편의성이 개선될 수 있다.

이를 통해, 상기 여자코일(31)에서 교류 전압 발생시 검출되는 제로크로싱 신호의 위상차가 기설정치를 이탈시의 전압 주파수를 실시간 조절하여 노이즈가 실질 제거됨과 동시에 상기 전자석부(25)의 극성방향을 제어를 통해 상기 여자코일(31)에서 발전되는 전압 진폭 범위가 자동 조정되는 시너지 효과를 제공하여 최종 출력 전압의 품질이 개선될 수 있다.

이와 동시에, 엔진 과속시 과부하가 발생되어 RPM 사용범위가 제한되던 종래와 달리, 상기 구동체(10)의 회전속도에 관계없이 상기 발전부(200)를 통해 발전되는 전압을 전압 가산인버터부와 전압 강하트랜스부를 통해 보정하여 최종 출력 전압을 디지털 방식으로 자유롭게 조절하여 전대역 RPM에서 사용가능하므로 범용성이 현저히 개선될 수 있다.

또한, 상기 디지털 출력제어부(70)의 제어방식이 반파 방식이 아닌 AC-DC 정전압 방식으로 변경됨에 따라 발열이 감소됨과 동시에 노이즈에 의한 오작동이 최소화되며, 종래의 발전기보다 소형화되어 외부 장치에 적용시 공간활용성이 현저히 개선될 수 있다.

이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

10: 구동체 20: 로터부
23: 영구자석부 25: 전자석부
26: 전압조절코일 30: 스테이터부
31: 여자코일 51: 정류부
52: 측정부 61: 디지털 신호처리부
61a: 고장감지부 62: 극성제어 컨트롤러부
63: 전원부 64: 디스플레이부
65: 조작부 70: 디지털 출력제어부
71: 제로크로싱 검출부 72: 리미트설정부
200: 발전부 400: 디지털 파워 발전 시스템

Claims (5)

1. 구동체에 동력 연결되어 회전 가능하게 배치되되 일측에 영구자석부가 구비되고 타측에 전압조절코일이 구비된 전자석부가 구비된 로터부와, 상기 로터부의 회전시 유도자계가 형성되는 여자코일이 권선된 스테이터부를 포함하는 발전부;
   상기 여자코일에 회로 연결되어 상기 여자코일에서 발생된 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부;
   상기 정류부에 회로 연결되어 상기 정류부에서 변환된 직류전압 및 전류를 측정하는 측정부;
   상기 측정부에 회로 연결되어 상기 측정부에서 측정된 전압을 기설정범위와 비교하여 상기 전압조절코일에 순방향 및 역방향 중 어느 한 방향으로 전압을 선택적으로 인가하는 극성제어 컨트롤러부;
   상기 여자코일에 회로 연결되어 최종 출력 전압이 실질적으로 균일하게 출력되도록 기설정된 리미트범위로 출력되는 전압을 통과시키는 디지털 출력제어부; 및
   상기 발전부, 상기 정류부, 상기 측정부, 상기 극성제어 컨트롤러부 및 상기 디지털 출력제어부의 제로크로싱 검출부의 고장 여부를 자동 판별하여 상기 제로크로싱 검출부에 의해 기설정된 시간동안 상기 제로크로싱 신호의 미감지시 제1고장신호를 전송하는 고장감지부를 포함하되,
   상기 여자코일의 출력단에 회로 연결되어 상기 여자코일의 출력단측 전압을 측정하는 제1감지측정부와, 상기 전압조절코일에 회로 연결되어 상기 전압조절코일의 전압을 측정하는 제2감지측정부를 포함하는 감지측정부를 더 포함하며,
   상기 고장감지부는 상기 여자코일의 전압 증가 및 감소에 대응하여 상기 극성제어 컨트롤러부에 의한 상기 전압조절코일의 극성방향이 자동 조절되는 전압변화가 상기 감지측정부에 의해 미감지시 제2고장신호를 전송하고,
   상기 측정부의 출력단에서 측정되는 최종 출력 전압의 미감지시 제3고장신호를 전송하며, 상기 극성제어 컨트롤러부에서 설정된 출력목표값과 상기 측정부에서 측정되는 전압이 상이한 경우 제4고장신호를 전송하되,
   상기 제1고장신호, 상기 제2고장신호, 상기 제3고장신호 및 상기 제4고장신호는 상기 고장감지부에 의한 각 고장신호의 발생시 알림수단에 의해 상호간 상이한 알림신호로 발생되도록 설정됨을 특징으로 하는 디지털 파워 발전 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 디지털 출력제어부는
   상기 여자코일에 회로 연결되며, 상기 여자코일로부터 교류 전압의 발생시 제로크로싱 신호를 실시간 검출하는 상기 제로크로싱 검출부와,
   상기 제로크로싱 검출부 및 상기 정류부 사이에 회로 연결되어 상기 제로크로싱 신호의 위상차가 기설정치를 이탈시의 전압 주파수를 실시간 조절하여 노이즈를 실질적으로 차단하는 리미트설정부를 포함함을 특징으로 하는 디지털 파워 발전 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 극성제어 컨트롤러부는 상기 전압조절코일에 회로 연결되며, 상기 전압조절코일에 상기 정류부에서 정류된 직류전압이 기설정범위로 유지되도록 순방향 및 역방향 중 어느 하나로 전압을 선택적으로 인가하되,
   상기 측정부에서 측정된 직류전압이 기설정범위를 초과하는 경우 상기 극성제어 컨트롤러부가 상기 전압조절코일에 역방향 전류를 인가하고,
   상기 측정부에서 측정된 직류전압이 기설정범위 미만인 경우 상기 극성제어 컨트롤러부가 상기 전압조절코일에 순방향 전류를 인가함을 특징으로 하는 디지털 파워 발전 시스템.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 극성제어 컨트롤러부 및 상기 디지털 출력제어부에 회로 연결되며, 출력 전압 및 출력 모드의 조작을 위한 조작부에 연결되는 디지털 신호처리부와,
   상기 디지털 신호처리부에 회로 연결되되 출력부에서 최종 출력되는 출력 전압을 표시하도록 구비되는 디스플레이부를 더 포함하되,
   상기 디지털 신호처리부는
   자동모드에서 상기 발전부의 시간당회전수와 최종 출력 전압이 비례되도록 상기 극성제어 컨트롤러부에 제1조작신호를 인가하며,
   셋팅모드에서 상기 발전부의 시간당회전수에 관계없이 최종 출력 전압이 기설정값으로 유지되도록 상기 극성제어 컨트롤러부에 제2조작신호를 인가하며,
   다운모드에서 상기 발전부의 시간당회전수와 최종 출력 전압이 반비례되도록 상기 극성제어 컨트롤러부에 제3조작신호를 인가함을 특징으로 하는 디지털 파워 발전 시스템.

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